Oktober 24, 2021

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Wie Neutrinos helfen, massive Sterne zu töten

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Viele Sterne bilden gegen Ende ihres Lebens Supernovae – massive Explosionen, die ihre äußeren Schichten in den umgebenden Raum schießen lassen. Der größte Teil der Energie der Supernova wird von Neutrinos weggetragen – winzigen Teilchen ohne Ladung und schwach mit Materie wechselwirkend. Durch die Erforschung der Mechanismen sogenannter Typ-II-Supernovae hat ein Team von IIT Guwahati neue Informationen über die Rolle von Neutrinos bei diesem dramatischen Tod massereicher Sterne geliefert. Die Zusammenarbeit umfasst Astrophysiker des Max-Planck-Instituts, München; Northwestern University, Illinois und University of California, Berkeley, USA

Das Schicksal des Sterns

Alle Sterne verbrennen Kernbrennstoff in ihren Herzen, um Energie zu produzieren. Die Wärme erzeugt einen Innendruck, der nach außen drückt und verhindert, dass der Stern aufgrund der Einwirkung der Schwerkraft auf seine eigene Masse nach innen kollabiert. Aber wenn der Stern altert und kein Treibstoff mehr zum Verbrennen hat, beginnt er sich im Inneren abzukühlen. Dies verursacht einen Abfall des Innendrucks und daher herrscht die Schwerkraft vor; Der Stern beginnt nach innen zu kollabieren. Es erzeugt Stoßwellen, weil es sehr plötzlich passiert und die Stoßwelle das äußere Material des Sterns fliegen lässt. Dies wird als Supernova wahrgenommen. Dies geschieht in sehr massiven Sternen.

Bei Sternen, die mehr als achtmal so massereich sind wie die Sonne, geht die Supernova mit einem Kollaps des inneren Materials des sterbenden Sterns einher – dies wird auch als Nucleus Collapse Supernova oder Nucleus Supernova Typ II bezeichnet. Der kollabierende Kern kann je nach Masse ein Schwarzes Loch oder einen Neutronenstern bilden. “Unsere Arbeit konzentriert sich auf diese Typ-II-Supernova-Kernkollapsereignisse”, sagt Sovan Chakraborty von der Physikabteilung des IIT Guwahati in einer E-Mail an Der Hindu.

Drei Geschmacksrichtungen

Neutrinos gibt es in drei “Geschmacksrichtungen”, einem anderen Namen für “Typen”, und jede Geschmacksrichtung ist mit einem leichten Elementarteilchen verbunden. Zum Beispiel ist das Elektronenneutrino mit dem Elektron assoziiert; das Myon-Neutrino mit dem Myon und das Tau-Neutrino mit dem Tau-Teilchen.

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Durch das Ausspucken der wütenden Supernova können Neutrinos in einem als Neutrinooszillationen bezeichneten Prozess von Geschmack zu Geschmack wechseln. Wie Dr. Chakraborty erklärt, ergeben sich aufgrund der hohen Dichte und Energie der Supernova mehrere interessante Merkmale, da es sich um ein nichtlineares Phänomen handelt: [phenomenon] kann Neutrinoschwingungen erzeugen, die gleichzeitig bei verschiedenen Energien auftreten (im Gegensatz zu normalen Neutrinoschwingungen), die als kollektive Neutrinoschwingungen bezeichnet werden. Das Ergebnis der Schwingung kann sich drastisch ändern, wenn wir eine Evolution mit Winkelasymmetrie zulassen. Die Schwingungen können auf einer Zeitskala von Nanosekunden auftreten, die als schnelle Schwingung bezeichnet wird.

Modelle dieses Prozesses, die als effiziente Zwei-Geschmacks-Modelle bezeichnet werden, berücksichtigten nur die Asymmetrie zwischen dem Elektronenneutrino und dem entsprechenden Antineutrino. In Eins Artikel veröffentlicht in Briefe zur körperlichen Untersuchung, IIT-Forscher Guwahati sagen, dass ein Drei-Geschmacks-Modell erforderlich ist, um die Dynamik der Supernova richtig vorherzusagen.

Schnelle Schwingungen

Schnelle Schwingungen sind wichtig, da die Forscher feststellen, dass diese die Geschmacksinformationen von Supernova-Neutrinos bestimmen können.

Bisher wurde dies nicht getan, und die Modelle haben nur Begriffe beibehalten, die ein Neutrino und sein entsprechendes Anti-Neutrino betreffen. “Wir stellen fest, dass schnelle nichtlineare Neutrino-Oszillationen für drei Geschmacksrichtungen empfindlich sind und die Vernachlässigung der dritten Geschmacksrichtung die falsche Antwort geben kann”, sagt Dr. Chakraborty. “Also die Anwesenheit von …[asymmetry between] Myon-Neutrinos und Antineutrinos werden für Neutrino-Oszillationen von entscheidender Bedeutung sein und wiederum den Supernova-Mechanismus beeinflussen.

Dies zu verstehen ist wichtig, wenn der Einfluss von Neutrinos und ihrer Schwingungen auf den Mechanismus der Supernovae und der Synthese schwerer Elemente in Sternumgebungen gemessen werden soll.

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